基于建构主义理论的《EDA技术》课程改革

李 琳，周国雄

(中南林业科技大学计算机与信息工程学院，湖南长沙410004)

基于建构主义理论的《EDA技术》课程改革

李 琳，周国雄

(中南林业科技大学计算机与信息工程学院，湖南长沙410004)

本文以建构主义理论为指导，开展对《EDA技术》课程内容改革的研究，课程内容的选择是以课程学习内容的教育价值和课程内容与课程目标的一致性为依据的。并针对改革后的课程内容提出了一些教学建议。

建构主义;EDA技术;模块化设计

目前现代电子技术与产业的发展已到了必须普及掌握EDA技术的阶段，因此高等教育就应顺应电子技术的这种发展趋势，为满足社会与产业对EDA技术人才的不断需求而培养出大批既懂电子技术又熟悉现代EDA技术的高层次建设人才。随着EDA技术的飞速发展，对《EDA技术》的课程内容提出了新课题，因此，应对原有的EDA教学内容进行改革使之顺应EDA技术发展的趋势。

一 以建构主义理论指导《EDA技术》课程改革的可行性

建构主义认为［1－2］，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助他人(包括教师和学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。而不是像传统教学那样，只是把知识从教师头脑中传送到学生的笔记本上。因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素。

EDA技术最主要特点是采用自顶向下的设计思想和模块化的设计方法来实现电子系统的设计。因此，在《EDA技术》的课程教学中系统和模块化的设计尤为重要。在《EDA技术》课程之前已经开设了《电路》和《数字电路》课程，学生头脑中已构建了组合电路模块和时序电路模块——数字电子系统的主要组成部分［3］。这为学生构建数字系统提供了经验和模型。EDA技术实验的主要方法是通过软件来设计硬件，而软件设计的方法很多，这就为实现同一硬件电路提供了不同的方法，学生可以采用不同的方法建构实现电子系统的设计。EDA技术实验教学学时有限，部分较为复杂的电子系统设计学生较难在规定的时间内独立完成，他们可以自由组合伙伴分工合作共同完成实验。同时由于EDA技术飞速发展，实验设备的更新很难与EDA技术的发展同步，部分体现新技术的实验难以用现有的实验设备实现，因此可以通过虚拟仪器教学，让学生在虚拟的情景中实现意义建构。在整个教学过程中以学生为中心，教师有意识地引导学生逐步建构模块，最终实现系统的建构。

由于《EDA技术》课程的上述特点，与以建构主义学习理论以及建构主义学习环境的教学模式——“以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的”［4］相适应，因此以建构主义理论指导《EDA技术》课程改革是可行的。

二 基于建构主义理论的《EDA技术》课程内容的改革

课程内容是课程的核心要素。它的改革主要以以下两方面为依据:

1．课程学习内容的教育价值［5］。它主要包括两个方面:(1)课程内容与当前需要的满足情况。(2)课程内容与未来发展的需要的满足情况。由于EDA技术将电子系统的软件设计与硬件设计有机地融合，为电子产品开发和系统设计提供了全新的手段，EDA技术的发展对传统的电子设计方法进行了革命性的变革。为了适应电子信息技术发展的潮流和国际竞争对人才的需要，《EDA技术》课程内容除了包括EDA技术的基本知识、基本概念、基本原理和方法外，还应融入EDA技术最新发展的技术及其应用。例如:将嵌入式系统的开发及应用、IP Core的使用、最新的第三方EDA工具的使用、虚拟仪器的使用等内容融入到《EDA技术》课程内容中，及时更新关于EDA新技术的课程内容，使之始终与技术的最新发展相适应。

2．课程内容与课程目标的一致性［5］。《EDA技术》课程的主要目标是:培养学生采用模块化的自顶向下的方法设计电子系统的能力。因而，《EDA技术》课程的内容应为学生设计电子系统能力的培养服务。同时由于电子系统的设计是由完成不同功能的各个模块构成的，所以，在选择《EDA技术》课程内容时首先应选择那些对于构建一个系统是必不可少的或者是经常被用到的模块的内容。因此，笔者选择了如下几个必需的模块作为课程内容:(1)译码器模块和编码器模块:一个复杂的电子系统是由多个模块构成的，各个模块的连接和通信是通过系统总线完成的，而系统的地址总线是有限的，地址总线经过译码器模块则可以将更多的模块连接起来实现通信从而完成系统的设计，所以译码器模块对于构建一个复杂的系统是必不可少的;编码器模块所实现的逻辑功能与译码器模块是相反的，它能将外部大量的无序的状态编码为系统能接受的有序地状态，所以，编码器模块是构建一个系统经常用到的模块。(2)计数器模块和分频器模块:在一个系统中计数功能是必不可少的，它能控制溢出、定时、数值的加载等等，因此，实现这一功能的计数器模块是构建一个系统必不可少的模块;分频器模块是在计数模块的基础上构建而成的，对于一个系统来说一般只有一个固定的系统晶振频率，但是，各个模块的工作频率很有可能都是不同的，这时就需要利用分频器将系统晶振频率分成各个模块所需要的工作频率，因此，分频器模块是构建一个系统经常用到的模块。(3)输入电路模块和输出电路模块:构建一个系统的价值在于它能够与外部设备进行通信，能对外部数据进行处理，能将处理的结果反馈出来。系统如要与外部通信则需要构建输入电路模块，系统如要将处理的结果反馈出来则需要构建输出电路模块。因此，输入电路模块和输出电路模块是构建一个系统非常重要的模块。(4)状态机模块:状态机的最大优点在于它能将复杂的电路设计转化为简单的状态转换设计，因而，在复杂的抽象的系统的设计时经常会采用状态机的设计方法。因此，状态机模块是设计一个复杂系统经常要用到的模块。

三 《EDA技术》课程的教学建议

(1)在《EDA技术》课程的教学中可以灵活地采取:抛锚式教学策略、支架式教学策略和随机进入教学策略。这三种策略有不同的特点适用于不同阶段的教学。随机进入教学策略适用于前面章节的关于原理图方法和硬件描述语言的内容的教学，抛锚式教学策略适用于中间章节讲述基本单元电路的设计的教学中，支架式教学策略适用于后面部分的电子系统的设计的教学中。当然，为了能更好地帮助学生实现最终的意义建构，教师可依据具体的情况交互地使用上述三种策略。

(2)在《EDA技术》课程教学中注重学生工程意识和创新能力的培养。采用EDA技术设计系统时，任何电路的设计、编译、仿真、下载都是基于工程来展开的。所以，在实际电路设计的教学中应将对学生工程意识的培养放在首位。同时，对学生创新能力的培养应贯穿于整个教学，鼓励学生多采用不同的方法设计电路，让学生在不同的设计思路中有所创新，鼓励学生将所学的知识应用于实际生活中感兴趣的设计项目中，逐步提升学生的创新能力。

(3)由于EDA技术发展日新月异，知识内容更新迅速，现有的实验硬件设备不能满足依据EDA技术发展趋势和学生的不同的兴趣爱好而开设的新实验的要求(即不能提供真实的情景教学环境)，因此笔者建议在EDA技术的教学中引入虚拟仪器教学，通过计算机设计虚拟人机交互的实验界面，让学生在虚拟的实验环境中完成实验的最终建构。同时还应积极利用Internet网络技术为学生创设有丰富资源的学习情景［6］，例如:包含许多不同情景的应用实例和有关的信息资料等等，以便学生根据自己的兴趣、爱好去主动发现和探索。

(4)虽然EDA技术这门课的实践行为主要依赖于计算机来完成，但教师应注意培养学生硬件电路系统设计基本能力;软件设计与硬件设计有机融合以及硬件设计软件化的技术技能;将既定的硬件目标系统利用软件的方式进行设计、仿真和最后实现的技能。但更重要的是，培养学生不断了解新信息、掌握新技术、适应新情况和及时将最新的电子设计技术应用到自己的工作实践中的能力。

［1］何克抗．建构主义的教学模式教学方法与教学设计［J］．北京师范大学学报(社会科学版)，1997(5)．

［2］杨晓娟．基于建构主义学习理论的教学过程设计模式［D］．山东师范大学2000级硕士论文．

［3］李 琳．基于建构主义的《eda技术》的实验教学设计［J］．湖南科技大学学报，2006(2):130 －132．

［4］何克抗．建构主义——革新传统的教学理论基础［J］．电化教育研究，1997(3)．

［5］廖哲勋，田慧生．课程新论［M］．北京:教育科学出版社，2003．

［6］梁晓雯．EDA系统设计的实验教学构想［J］．实验技术与管理，2002(2)．

G43

A

1674－5884(2012)02－0111－02

2011－01－04

中南林业科技大学青年科学研究基金项目(QJ2010011B)

李 琳(1977－)，女，湖南嘉禾人，讲师，硕士，主要从事电子与自动控制研究。

(责任编校 罗 渊)